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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA II Presentado por: GRUPO N° 6-02Q INFORME DE LABORATORIO N°12 “DESTILACION DIFERENCIAL” PROFESOR: Ing. ÁNGELES QUEIROLO, CARLOS INTEGRANTES: 

BRAVO CASTILLO, MELIZA ROSY

1416120523



FLORES RAMOS, LIZARDO ARTURO

1416120554



HUAMAN CHUJUTALLI, JORGE WASHINGTON

1416120438



MORALES FUENTES, RIVERA MIGUEL

1626145832



PANTOJA MOCARRO, JOEL DAVID

1426125291



QUISPE SAAVEDRA, YRIS ROSARIO

1426125202



VENTURA FLORES, GLADYS NATALI

1416120175

CALLAO, PERÚ, 2020 FECHA DE REALIZACIÓN: 30 de julio del 2020 FECHA DE ENTREGA: 5 de agosto del 2020 1

INDICE INTRODUCCION................................................................... 2 I.

OBJETIVOS.................................................................... 3

II.

MARCO TEÓRICO...........................................................4

2.1. Destilación.................................................................. 4 2.2. Destilación diferencial o sencilla..........................................4 2.3. Mezclas binarias...........................................................7 2.4. Condensación diferencial..................................................8 2.5. Destilación por lotes.......................................................8 III.

EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS...............................9

MUESTRA:........................................................................ 9 MATERIALES:.................................................................... 9 EQUIPOS:........................................................................ 9 IV.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.......................................10

V.

DATOS EXPERIMENTALES................................................12

VI.

CÁLCULOS Y RESULTADOS...............................................13

6.1. Cálculos Experimentales..................................................13 6.2. Cálculo Teóricos..........................................................16 VII.

ANÁLISIS DE RESULTADOS...........................................20

VIII.

CONCLUSIONES.........................................................21

IX.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS........................................22

ANEXOS........................................................................... 23

2

INDICE DE TABLAS Y FIGURAS

Tabla N°1 : Índices de refracción para cada solución preparada.................................13 Tabla N°2: Datos Experimentales para la alimentación...................................................14 Tabla N°3: Índices de refracción y peso cada 20 ml destilados...................................14 Tabla N°4: Datos de los Componentes..................................................................................14 Tabla N°5: XA vs n......................................................................................................................15 Tabla N°6: Medición de la concentración XA de soluciones acuosas de etanol..........16 Tabla N°7: Cálculo de la masa molar promedio y el N° de moles para la alimentación y cada destilado..........................................................................................................................16 Tabla N°8: Cálculo de la relación F/W experimental.......................................................17 Tabla N°9: Datos de equilibrio etanol - agua......................................................................17 Tabla N°10: Cálculo de la relación FW teórico................................................................20 Tabla N°11 : Resultados experimentales y teóricos..........................................................21

Figura No 1: Olla de destilación por lotes...............................................................................7 Figura N°2: Etanol......................................................................................................................11 Figura N° 3: Tubos de Ensayo.................................................................................................12 Figura Nº 4 Perlas de vidrio....................................................................................................12 Figura N°5 Probeta....................................................................................................................13 Figura N°6: Pipeta......................................................................................................................14 Figura Nº7: Balanza electrónica.............................................................................................14 Figura N° 8: Refractómetro....................................................................................................15 Figura N°9: Equipo de Destilación.........................................................................................15 GRAFICO N° 1: Curva de calibración η Vs X.......................................................................21 Gráfico N°2: 1/(y-x) VS X.......................................................................................................24 Gráfico N°3 : F/W vs V...........................................................................................................25 Figura N°10. Destilador por Lotes a nivel de Laboratorio..............................................30 Figura N°11. Destilador por Lotes a nivel industrial........................................................30 Figura N°12. Olla para destilación por Lotes a nivel industrial......................................31 Figura N°13. Equipo para destilación por lotes a nivel artesanal..................................31 Y

3

INTRODUCCION

Hoy en día, ante la complejidad creciente de los procesos industriales y el aumento en la producción de estos, resulta necesario lograr una producción óptima; que sea capaz de reducir sus costos y de proporcionar una calidad buena en sus productos (Arzapalo y Rivera, 2007) como procesos de obtención de alcoholes, aceites esenciales, en la industria cervecera y procesos de laboratorio[ CITATION Min08 \l 10250 ]. La destilación es una operación unitaria que consiste en la separación de los componentes de una mezcla liquida por evaporación y condensación sucesivas. La separación se basa en la diferencia de volatilidades absolutas de los componentes, lo que tiene como consecuencia la formación de un vapor de composición diferente a la del líquido del que procede. Cuando mayor sea la diferencia de volatilidades mayor será la separación que se puede conseguir. Para el cálculo de la composición del vapor que se desprende se supondrá que este se encuentra en equilibrio con la fase liquida presente en cada instante (Nuñez, 2018). La destilación simple, abierta o diferencial es una operación intermitente en la que la mezcla a destilarse carga en la caldera, donde se suministra el calor necesario para llevarla a su temperatura de burbuja. En ese instante comienza la ebullición, que se mantiene se va eliminando continuamente el vapor generado. Este vapor se condensa en el exterior dando lugar al producto destilado. Conforme transcurre el proceso se va modificando la composición del liquido, ya que se eliminan los componentes más volátiles, con lo cual va aumentando consiguientemente la temperatura de burbuja de la mezcla. El vapor también cambiara continuamente su composición, empobreciéndose en el componente más volátil. El calor debe suministrarse en la caldera de modo que en todo instante el vapor generado este enequilibrio con el líquido en la caldera [ CITATION Arz07 \l 10250 ] Los aparatos usados para este fin reciben el nombre de alambiques. Puede llevarse a cabo a presión constante o temperatura constante, es una operación por lotes en la cual la mezcla que va a ser destilada es calentada hasta su temperatura de

4

ebullición originando una masa diferencial de vapor rica en el componente más volátil. I.

OBJETIVOS

1. Analizar los principios básicos de la destilación diferencial, utilizando las ecuaciones y diagramas pertinentes. 2. Determinar en forma práctica el comportamiento de una mezcla etanol agua al ser sometida a este tipo de destilación.

5

II.

MARCO TEÓRICO

II.1. Destilación El proceso de separación más utilizado en la industria química es la destilación.

Esta

fraccionamiento

operación o

unitaria

destilación

también

fraccionada.

La

es

conocida

separación

como de

los

constituyentes se basa en las diferencias de volatilidad. En la destilación, una fase vapor se pone en contacto con una fase líquido, transfiriéndose masa del líquido al vapor y del vapor al líquido. Por lo general, el líquido y el vapor contienen los mismos componentes, aunque en distintas proporciones. El líquido se encuentra a su temperatura de burbuja, mientras que el vapor en equilibrio está a su temperatura de rocío.

En forma simultánea, se

transfiere masa desde el líquido por evaporación y desde el vapor por condensación. El efecto neto es un incremento en la concentración de los componentes más volátiles en la fase vapor y de los menos volátiles en el líquido. La evaporación y condensación involucran calores latentes de vaporización de cada componente y por ello, al calcular una destilación deben considerarse los efectos del calor. [ CITATION Fou06 \l 10250 ]

II.2. Destilación diferencial o sencilla La Destilación Diferencial es un método de destilación que se efectúa normalmente en los laboratorios cuando se trabaja sin reflujo, llevando continuamente los vapores producidos hasta un condensador. [ CITATION Van90 \l 10250 ]

La operación se realiza calentando la mezcla inicial hasta que se alcanza su temperatura de ebullición, retirando continuamente los vapores producidos,

6

y a medida que éstos se van formando, sin condensación parcial, es decir, sin que el condensado refluya al aparato. De esta manera el líquido se empobrece en los componentes más volátiles y se incrementa la temperatura de ebullición de la mezcla. Los vapores producidos son cada vez más pobres en componentes volátiles y aumenta su temperatura de condensación. En esta destilación el vapor que sale en cualquier momento, está en equilibrio con el líquido, de manera que tanto la composición como el punto de ebullición de éste último varían continuamente durante la operación. [ CITATION Van90 \l 10250 ]

Si durante un número infinito de evaporaciones instantáneas sucesivas de un líquido, solo se evaporase instantáneamente una porción infinitesimal del líquido cada vez, el resultado neto sería equivalente a una destilación diferencial o sencilla. En la práctica, esto sólo puede ser aproximado. Un lote de líquido se carga en una caldera o destilador equipado con algún tipo de dispositivo de calentamiento; por ejemplo, con una chaqueta de vapor, como en la figura 1.

Figura No 1: Olla de destilación por lotes

7

Fuente: (Treybal, 2013) La carga se hierve lentamente y los vapores se descargan en un condensador tan pronto como se forman; aquí se licúan y el condensado (destilada) se almacena en el colector. El aparato es básicamente una réplica a gran escala del matraz y refrigerante de destilación ordinario de laboratorio. La primera porción del destilado será la más rica en la sustancia más volátil; conforme

continua

la

destilación

el

producto

evaporado

se

va

empobreciendo. Por lo tanto, el destilado puede recolectarse en varios lotes separados, llamados “fracciones”; se obtiene así una serie de productos destilados de diferente pureza.

Por ejemplo, si una mezcla ternaria contiene una pequeña cantidad de una sustancia muy volátil A, una sustancia principal de volatilidad intermedia y una pequeña cantidad de C de baja volatilidad, la primera fracción, que será pequeña, contendrá la mayor parte de A. La segunda fracci6n contendrá la mayor parte de B razonablemente puro, aunque contaminado con A y C; el residuo que queda en la caldera será principalmente C. Aun cuando las tres

8

fracciones contendrán las tres sustancias, se habrá logrado cierta separación. Si con una operaci6n de este tipo se quieren lograr, aun cuando sea aproximadamente, las características teóricas de una destilación diferencial, se tendrá que proceder en forma infinitamente lenta, para que el valor desprendido del líquido esté en cualquier momento en equilibrio con dicho líquido. Debe eliminarse todo arrastre y no debe existir enfriamiento ni condensación del vapor antes de que entre en el condensador. No obstante que estas condiciones son básicamente imposibles de lograr, es útil estudiar los resultados limitados que produce una destilación diferencial como estándar para la comparación.(Treybal, 2013)

II.3. Mezclas binarias El vapor que se desprende en una destilación diferencial verdadera está en cualquier momento en equilibrio con el líquido del cual se forma, pero cambia continuamente de composición. Por lo tanto, la aproximación matemática debe ser diferencial. Supóngase que en cualquier momento durante el desarrollo de la destilación hay L moles de líquido en el destilador con una composición x fracción mol de A y que se evapora una cantidad dD moles del destilado, de composición y* fracción mol en equilibrio con el líquido. (Treybal, 2013) Entonces, realizando los balances de materia se llega a la siguiente relación, más conocida como la ecuación de Lord Rayleigh ya que fue el primero que la obtuvo. F

xF

dL F dx ∫ L =ln W =∫ y ¿−x W x W

 L= moles de líquido en el destilador  X=fracción mol de A  Y*=fracción mol en el equilibrio  F=moles cargados  XF=fracción mol cargados en F 9

 W=moles del líquido residual  XW=fracción mol del liquido residual Puede utilizarse para determinar F, W, XF Xw cuando se conocen tres de ellas. La integración del lado derecho a menos que se cuente con una relación algebraica en el equilibrio entre y* y x, se lleva a cabo gráficamente con 1 / (y* - x) como ordenada contra x como abscisa y determinando el área bajo la curva entre los límites indicados. Los datos para lo anterior se toman de la relaci6n en el equilibrio vapor-líquido. La composición compuesta del destilado YD, puede determinarse mediante un sencillo balance de materia. (Treybal, 2013)

F x F =D y D +W xW

II.4. Condensación diferencial Esta es una operación similar en la cual un vapor se condensa lentamente bajo las condiciones en el equilibrio y en que el condensado se descarga tan rápidamente como se forma. Como en el caso de la destilación, los resultados sólo pueden aproximarse en la práctica. Una deducción parecida a la anterior lleva a yD

ln

F dx = ¿ D ∫ y y −x F

En donde F son los moles de vapor alimentado de composición y F y D el residuo de vapor de composición yD.

II.5. Destilación por lotes Relación de la forma xD = F (xW). La relación exacta para una mezcla en particular. se puede obtener de un análisis termodinámico dependiendo de la temperatura y presión. Para un sistema que sigue el comportamiento ideal dado por la ley de Raoult, la 10

relación de equilibrio entre la composición de vapor y (o x D) y el líquido la composición x (o xW) del componente más volátil en una mezcla binaria puede ser aproximada usando el concepto de volatilidad relativa constante (α), que se da por. (Wankat, 1988)

y=

αx ( α −1 ) x+1

Sustituyendo en la ecuación de Rayleigh se obtendría el siguiente resultado:

ln

x (1−xW ) 1−x w F 1 = ln F +ln W α −1 x W ( 1−x F ) 1−x F

Se puede evitar la integración gráfica. Esto puede rearreglarse en otra forma útil.

log

F xF F (1−x F ) =αlog W xW W (1−x W )

Lo cual relaciona el número de moles de A que queda en el residuo Wx w, con las moles que quedan de B, W (1 - x w). Es más probable que estas expresiones sean válidas para mezclas ideales, para las cuales.(Treybal, 2013) III.

EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS

MUESTRA: 

Alcohol etílico

Figura N°2: Etanol

11

Fuente: Google Imágenes

 Descripcion:

Miscible

en

agua

en

cualquier

proporción;

a

la

concentración de 96 % en peso se forma una mezcla azeotrópica  Punto de ebullicion: 78,37 °C  Densidad: 789 kg/m3

MATERIALES: 

Tubos de ensayo:

Figura N° 3: Tubos de Ensayo

Fuente: Google imágenes

 Descripción: Consiste en un pequeño tubo cilíndrico de vidrio con un extremo abierto y el otro cerrado y redondeado, que se utiliza en los laboratorios para contener pequeñas muestras, aunque pueden tener otras fases, como realizar reacciones químicas en pequeña escala. Se guardan en un instrumento de laboratorio llamado gradilla.  Volumen: 10ml 12

 Cantidad: 11



Perlas de vidrio

Figura Nº 4 Perlas de vidrio

Fuente: Google Imágenes



Descripción: Nos servirá para generar un lecho dentro de las probetas





Marca: SIMAX



Material: Vidrio



Unidades: >1500



Diámetro: 8mm y 5mm Probeta graduada

Figura N°5 Probeta

Fuente : Google Imágenes

 Descripción: La probeta graduable es un instrumento volumétrico, hecho de vidrio, que permite medir volúmenes fácilmente, rápidamente y con un ligero grado de inexactitud.

 Marca: Pinzuar  Volumen: 20ml 13

 Unidades: 2  Material: Vidrio

 Precisión: ± 2ml 

Pipetas

Figura N°6: Pipeta

Fuente: https://es.aliexpress.com/i/32924957247.html

 Descripción: Es un instrumento volumétrico usado en los laboratorios de ciencias químicas y de ciencias de la vida y la salud que permite medir la alícuota de un líquido con mucha precisión.

EQUIPOS: 

Balanza electrónica

Figura Nº7: Balanza electrónica

Fuente: Laboratorio de Operaciones y Procesos Unitario de la Facultad de Ingeniería Química-Universidad Nacional del Callao

 Descripción: Las balanzas electrónicas son instrumentos de pesaje de funcionamiento no automático que utilizan la acción de la gravedad para determinación de la masa. Suele ser un equipo de laboratorio y resultan equipos imprescindibles

14

en operaciones químicas, analíticas y de formulación en industrias y en laboratorios de calidad.  Marca: HENKEL  Peso Máximo: 1000g  Sensibilidad: 0.01g  Material: Acero Inoxidable



Refractómetro:

Figura N° 8: Refractómetro

Fuente: https://elicrom.com/refractometro-visual-schmidt-haensch-modelo-abbear12/

 Descripción: Mide el índice de refracción de un medio material. Se basan en la medida del llamado ángulo crítico o ángulo límite o en la medida del desplazamiento de una imagen. Se denomina ángulo crítico, o ángulo límite, al ángulo de refracción en un determinado medio material cuando el ángulo de incidencia de la radiación es de 90º respecto de la recta perpendicular a la interfaz de separación entre un medio material de índice de refracción conocido, generalmente el aire, y el medio material de índice de refracción desconocido. 

Equipo de Destilación: Acoplador de vidrio balón / refrigerante (1) Balón de destilación de dos bocas de 500 ml (1) 15

Refrigerante de tubo recto (1)

Figura N°9: Equipo de Destilación

Fuente: Guía de Laboratorio de Operaciones y Procesos Unitario de la Facultad de Ingeniería Química-Universidad Nacional del Callao

IV.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

La experiencia se realizo en 2 partes: 16

IV.1. Medición de la concentración de soluciones acuosas de etanol utilizando índices de refracción  Para poder calcular las composiciones de una mezcla en fase líquida se realizó mediciones tales como el índice de refracción mediante un refractómetro.  Se preparó 11 mezclas utilizando volúmenes conocidos de cada componente puro (etanol y agua), de modo que la composición fue conocida y se midió el índice de refracción (n). IV.2. Destilación de una solución de etanol acuosa al 50% en volumen  Se preparó 250 ml de una solución acuosa de etanol al 50% en un volumen medido con una probeta.  Con la ayuda de una pipeta, se tomó una muestra de la solución y medir el índice de refracción.  Para que la solución hierva de forma suave, evitando una ebullición tumultosa del líquido a destilar y no se produzcan sobrecalentamientos, se añadió perlas de vidrio dentro del balón de destilación.  Se pesó el balón de destilación, que contenía las perlas de vidrio, agregamos la solución y se volvió a pesar.  Se colocó el balón de destilación sobre el sistema de calentamiento (dejar un espacio de 7-8cm entre el balón y la cocinilla).  Luego se procedió al montaje del equipo de destilación.  Se comprobó que el bulbo del termómetro este a la altura de la salida del matraz y asegurar las uniones entre las piezas de material esmerilado  Como medio refrigerante se utilizó agua circulando en contracorriente.  La entrada de agua fue a través de la manguera conectada a la toma inferior del refrigerante y la salida a través de la manguera conectada a la toma superior del mismo.  Se abrió suavemente el grifo de agua para que circule agua fría por el refrigerante de abajo hacia arriba, se cuidó que en todo momento debe evitar la sobrepresión del agua.

17

 Cuando comenzó el calentamiento de la mezcla, el calentamiento debe ser lento pero sin interrupciones.  Cuando cae la primera gota del destilado en la probeta se tomó la temperatura de ebullición.  Recibimos los primeros 20 ml del destilado en una probeta, se leyo la temperatura de ebullición y pasarlos a un matraz Erlenmeyer previamente pesado.  Se enfrió el destilado, pesar y tomar una muestra con una pipeta para medir el índice de refracción.  Se recogió los siguientes 20 ml en la probeta, tomar la temperatura de ebullición, agregando al matraz los siguientes destilados.  Se repitió el procedimiento tres veces más.  La prueba se dio por finalizada cuando se recogieron 100ml

V.

DATOS EXPERIMENTALES

Tabla N°1 : Índices de refracción para cada solución preparada

18

V etanol (ml)

V agua (ml)

n

2

0

1.36100

1.8

0.2

1.35850

1.6

0.4

1.35480

1.4

0.6

1.35140

1.2

0.8

1.34750

1

1

1.34410

0.8

1.2

1.34150

0.6

1.4

1.33950

0.4

1.6

1.33750

0.2

1.8

1.33480

0

2

1.33300

Fuente: Elaboración Propia Tabla N°2: Datos Experimentales para la alimentación

Volumen, ml

250

peso, g

223.37

η

1.3447

Fuente: Elaboración Propia  Temperatura en la primera gota T=80.01ºC

Tabla N°3: Índices de refracción y peso cada 20 ml destilados Destilado T ebullición ºC Peso, g 80.6 16.68 81.4 33.30 82.5 50.06 84.1 66.70 86.2 83.50 Fuente: Elaboración Propia

Volumen, ml 20 40 60 80 100

VI.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

19

η 1.3520 1.3529 1.3533 1.3540 1.3542

VI.1. Cálculos Experimentales

Tabla N°4: Datos de los Componentes Temperatura

18ºC

ϸagua

0.9982 g/cm3

ϸ etanol

0.7910 g/cm3

M agua

18.02 g/mol

M etanol

46.07 g/mol

Fuente: Elaboración Propia  Hallando la fracción molar, con la siguiente fórmula:

x A=

( ϸ A .V A /M WA ) ϸB . V B ) ( ϸ A . V A /M WA ) +( M WB

 Resultados Obtenidos

Tabla N°5: XA vs n XA 1 0.816637793 0.664363781 0.535889539 0.426039801 0.331038375 0.248065294 0.174972161 0.110093465 0.052118132 0

n 1.361 1.3585 1.3548 1.3514 1.3475 1.3441 1.3415 1.3395 1.3375 1.3348 1.333

Fuente: Elaboración Propia

20

n vs xa 1.37 1.36 1.36

n

1.35 1.35 1.34 1.34 1.33 0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

Xa GRAFICO N° 1: Curva de calibración η Vs Xa

Fuente: Elaboración Propia

 Con los datos experimentales obtenidos procedemos a leer la composición para cada índice de refracción y luego hallamos las moles para cada caso.

Tabla N°6: Medición de la concentración XA de soluciones acuosas de etanol. η

x

F

1.3447

0.3371

Destilado 1

1.3520

0.5661

Destilado 2 Destilado 3 Destilado 4

1.3529 1.3533 1.3540

0.5957 0.6090 0.6327

Destilado 5

1.3542

0.6395

Fuente: Elaboración Propia  Hallando la masa molar promedio y el número de moles

21

Tabla N°7: Cálculo de la masa molar promedio y el N° de moles para la alimentación y cada destilado.

F destilado destilado destilado destilado destilado

Volumen ml 250 20 40 60 80 100

1 2 3 4 5

Peso Mw (promedio) g g/mol 0.3371 223.37 27.4743 0.5661 16.28 33.8993 0.5957 33.30 34.7284 0.6090 50.06 35.1022 0.6327 66.70 35.7660 0.6395 83.50 35.9583 Fuente: Elaboración Propia x

N° moles 8.1301 0.4802 0.9589 1.4261 1.8649 2.3221

 Se realiza un balance de Materia

F=D+W F . X F =D. X D +W . X W

 Cálculo de la Relación F/W Tabla N°8: Cálculo de la relación F/W experimental .

destilado destilado destilado destilado destilado

1 2 3 4 5

Destilado (moles) 0.4802 0.9589 1.4261 1.8649 2.3221

W=F-D (moles) 7.650 7.171 6.704 6.265 5.808

Xw

F/W experimental

0.3227 0.3025 0.2792 0.2491 0.2161

1.063 1.134 1.213 1.298 1.400

Fuente: Elaboración Propia

VI.2. Cálculo Teóricos

 Se utilizas la tabla líquido-vapor de etanol-agua, para poder comparar con los resultados

22

Líquido

Vapor

xa

ya

1 ( y− x)

0.0000

0.0000

-

0.0190

0.170

6.6225

0.0721

0.3891

3.1546

0.0966

0.4375

2.9334

0.1238

0.4704

2.8852

0.1661

0.5089

2.9172

0.2337

0.5445

3.2175

0.2608

0.5580

3.3647

0.3273

0.5826

3.9169

0.3965

0.6122

4.6361

0.5079

0.6564

6.7340

0.5198

0.6599

7.1377

0.5732

0.6841

9.0171

0.6763

0.7385

16.0772

0.7472

0.7815

29.1545

0.8943

0.8943

-

0.9300

0.9200

-

1

1

-

Tabla N°9: Datos de equilibrio etanol - agua

23

Fuente: Elaboración Propia

(1/(y-x) vs xa 35.0 30.0 25.0

f(x) = 6242.09 x⁶ − 13834.64 x⁵ + 12293.83 x⁴ − 5480.44 x³ + 1288.19 x² − 145.73 x + 8.92 R² = 1

20.0

(1/(y-x)

15.0 10.0 5.0 0.0 0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

Xa Gráfico N°2: 1/(y-x) VS Xa

24

0.60

0.70

0.80

Fuente: Elaboración Propia

 Ecuación de la curva y = 6242.1x6 - 13835x5 + 12294x4 - 5480.4x3 + 1288.2x2 - 145.73x + 8.9171

xF

xF

F 1 =∫ dx=∫ ( f ( x) ) dx x W x y−x x ∫ ( 6242.1 x 6−13835 x 5+12294 x 4−5480.4 x 3+1288.2 x 2−145.73 x+ 8.9171) dx ln

F

( ) ( W

)

W

xw

 Procedemos a calcular ln

( WF )para 20 mL.

xF=0.3371 xW=0.323

0.3371

∫

( 6242.1 x 6−13835 x 5+ 12294 x 4−5480.4 x 3+1288.2 x 2−145.73 x+ 8.917 1 ) dx

0.323

( WF )=0.0558 ( WF )=1.0574 ln

 Así se calcula para todos los volúmenes realizados en laboratorio y se obtiene la siguiente tabla:

Tabla N°10: Cálculo de la relación

F teórico W

Xw

Ln(F/W)

F/W Teórico

1

0.3227

0.0558

1.0574

2

0.3025

0.1317

1.1408

3

0.2792

0.2162

1.2413

4

0.2491

0.3209

1.3784

5

0.2161

0.4299

1.5371

25

Fuente: Elaboración Propia

1.80 1.60 1.40 1.20 1.00

F/W 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

V (ml) EXPERIMENTAL

TEÓRICO

Gráfico N°3 : F/W vs V

Fuente: Elaboración propia

VII.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

26

110

Los datos experimentales que se obtuvieron de la alimentación, destilado y residuo en todo el sistema; se ajustan y cumplen al modelo de Rayleigh; siendo el resultado teórico y experimental muy próximos con error máximo de 8.9314% entre el resultado experimental y teórico.

Tabla N°11 : Resultados experimentales y teóricos.

Volumen, ml

F/W Experimental

F/W Teórico

%ERROR

20

1.0628

1.0574

0.5075

40

1.1337

1.1408

0.6185

60

1.2127

1.2413

2.3039

80

1.2977

1.3784

5.8575

100

1.3998

1.5371

8.9314

Fuente: Elaboración Propia

VIII. CONCLUSIONES

27

 Se utiliza la ecuación de Rayleigh como uno de los principios básicos para la destilación diferencial, así mismo el método utilizado en el experimento muestra resultados semejantes a los teóricos.

 Se determinó en forma práctica el comportamiento de un sistema etanol – agua al ser sometida a destilación diferencial, cumpliendo para cada volumen extraído la ecuación de Rayleigh.

IX.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

28

Arzapalo Ramos, O., & Rivera Ochoa, J. (2007). Instrumentacion y control en el

destilador diferencial de laboratorio de Operaciones y procesos unitarios FIQ UNCP para incrementar su eficiencia. Obtenido de http://repositorio.uncp.edu.pe/bitstream/handle/UNCP/196/M07_89.pdf?sequence=1&isAllowed=y Foust, A. S. (2006). Principio de Operaciónes Unitarias. México: Compañía Editorial Continental. GEA Group Aktiengesellschaft (2020).Tecnología de Destilación. Disponible en: https://www.gea.com/es/products/distillationfermentation/distillation/bat ch-distillation-plants%20.jsp Minaya Pinto, M. (2008). Destilación: conceptos, equipos y aplicaciones. Obtenido de http://bibliotecas.unsa.edu.pe/handle/UNSA/10845 Nuñez, M. (2018). Destilacion por lotes o destilacion diferencial . Obtenido de https://es.calameo.com/books/0006668343fe4c74d3f7c Treybal, R. E. (2013). Operações de Transferência de Massa. Journal of Chemical

Information

and

Modeling,

53(9),

https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.004 Van Winkle, M. (1990). Destillation. New York: McGraw Hill. Wankat, P. C. (1988). Batch distillation. 107–150.

ANEXOS

29

1689–1699.

APLICACIONES INDUSTRIALES Plantas de destilación por lotes Las unidades de operación por lotes permiten la destilación y rectificación de una variedad de productos o la mezcla de distintos componentes en una sola unidad. Representan equipos multitarea extraordinarios en las aplicaciones de destilación. La destilación por lotes es muy flexible y se utiliza típicamente para capacidades de pequeñas a mediana escala . Para unidades más grandes, una planta de destilación continua suele ser más económica y ofrecer mayor eficiencia energética. (GEA Group Aktiengesellschaft , 2020). Para el proceso de lotes son posibles dos modos de operación: 

La destilación por lotes con una relación de reflujo fija, los compuestos se separan de acuerdo a un programa de tiempo de producto definido. Esto se basa en los rangos de ebullición de los componentes, que llevan a su fraccionamiento: empezando por los que hierven antes y terminando por los más gruesos. La aplicación clásica consiste en un fraccionamiento de mezclas de varios componentes.



La destilación por lotes con una relación de reflujo variable permite destilar a una concentración constante del destilado; se aplica cuando es necesario obtener un destilado con un comportamiento físico constante. 

Las destilaciones por lotes son frecuentes en la industria farmacéutica para aplicaciones de recuperación de disolventes a pequeña escala, para la purificación de aceites de alto valor,

o también en las unidades de tratamiento de aguas

residuales que son de reducida capacidad.  

Equipos para destilación por lotes a diferentes niveles de producción :

30

a) Destilador por Lotes a nivel de Laboratorio

Figura N°10. Destilador por Lotes a nivel de Laboratorio

Fuente:Nuñez E.,M.(2018)

b) Destilador por Lotes a nivel industrial

Figura N°11. Destilador por Lotes a nivel industrial

Fuente:Nuñez E.,M.(2018)

c) Olla para destilación por lotes a nivel industrial: 31

Figura N°12. Olla para destilación por Lotes a nivel industrial

Fuente:Nuñez E.,M.(2018)

d) Equipo para destilación por lotes a nivel artesanal

Figura N°13. Equipo para destilación por lotes a nivel artesanal

Fuente:Nuñez E.,M.(2018)

32